Java网络编程——Socket 编程
Socket 编程
Socket编程是在TCP/IP上的网络编程，但是Socket在上述模型的什么位置呢。这个位置被一个天才的理论家或者是抽象的计算机大神提出并且安排出来
我们可以发现Socket就在应用程序的传输层和应用层之间，设计了一个Socket抽象层，传输层的底一层的服务提供给Socket抽象层，Socket抽象层再提供给应用层，问题又来了，应用层和Socket抽象层之间和传输层，网络层之间如何通讯的呢，了解这个之前，我们还是回到原点
要想理解Socket编程怎么通过Socket关键词实现服务器和客户端通讯，必须得先了解TCP/IP是怎么通讯的，在这个的基础上再去理解Socket的握手通讯
套接字使用TCP提供了两台计算机之间的通信机制。 客户端程序创建一个套接字，并尝试连接服务器的套接字。
当连接建立时，服务器会创建一个 Socket 对象。客户端和服务器现在可以通过对 Socket 对象的写入和读取来进行通信。
java.net.Socket 类代表一个套接字，并且 java.net.ServerSocket 类为服务器程序提供了一种来监听客户端，并与他们建立连接的机制。
以下步骤在两台计算机之间使用套接字建立TCP连接时会出现：
- 服务器实例化一个 ServerSocket 对象，表示通过服务器上的端口通信。
- 服务器调用 ServerSocket 类的 accept() 方法，该方法将一直等待，直到客户端连接到服务器上给定的端口。
- 服务器正在等待时，一个客户端实例化一个 Socket 对象，指定服务器名称和端口号来请求连接。
- Socket 类的构造函数试图将客户端连接到指定的服务器和端口号。如果通信被建立，则在客户端创建一个 Socket 对象能够与服务器进行通信。
- 在服务器端，accept() 方法返回服务器上一个新的 Socket 引用，该 Socket 连接到客户端的 Socket。
1、InetAddress
InetAddress是java网络的类。通过该类通过得到ip地址和主机名一些信息。
Internet Protocol (IP) address
（1）主机名
这个类表示互联网协议(IP)地址。下面列出了 Socket 编程时比较有用的方法：
【主机名】就是计算机的名字（计算机名），这个名字可以随时更改，从我的电脑-属性的计算机名就可更改。
主机名和域名的联系与区别如下：
1、Internet域名是Internet网络上的一个服务器或一个网络系统的名字,在全世界,没有重复的域名。域名的范围要比主机名大。一个域名下可以有多个主机名,域名下还可以有子域名。例如,域名cnwg.cn下,有主机server1和server2,其主机全名就是server1.cnwg.cn和server2.cnwg.cn
2、主机名的含义是机器本身的名字，域名是方面记录IP地址才做的一种IP映射；二者有共性：都能对应到一个唯一的IP上，从应用场景上可以这么简单理解二者的区别：主机名用于局域网中；域名用于公网中。
（2）环回地址
环回地址是主机用于向自身发送通信的一个特殊地址（也就是一个特殊的目的地址）。访问本机的环回地址可以绕开TCP/IP协议栈的下层。（也就是说：不用再通过什么链路层、物理层、以太网传出去了，而是可以直接在自己的网络层、运输层进行处理了）
IPv4的环回地址为：127.0.0.0到127.255.255.255都是环回地址（只是有两个特殊的保留），此地址中的任何地址都不会出现在网络中，网络号为127的地址根本就不是一个网络地址（因为产生的IP数据报就不会到达外部网络接口中，是不离开主机的包）
当操作系统初始化本机的TCP/IP协议栈时，设置协议栈本身的IP地址为127.0.0.1（保留地址）。当IP层接收到目的地址为127.0.0.1（准确的说是：网络号为127的IP）的数据包时，不调用网卡驱动进行二次封装，而是立即转发到本机IP层进行处理，由于不涉及底层操作。因此，ping 127.0.0.1一般作为测试本机TCP/IP协议栈正常与否的判断之一。
所以说：127.0.0.1是保留地址之一，只是被经常的使用，来检验本机TCP/IP协议栈而已。如果我们可以ping通的话，就说明：本机的网卡和IP协议安装都没有问题。（跟我们当前主机有没有联网没有一点关系）
（3）localhost
localhost是个域名，但是是个保留域名，是给回路网络接口（loopback）的一个标准主机名，相对应的IP地址为127.0.0.1（IPv4）和[::1]（IPv6）。它可以被配置为任意的IP地址（也就是说，可以通过hosts这个文件进行更改的），不过默认情况下都指向： 127.0.0.1。
本机IP，我们可以理解为本机有三块网卡，一块网卡叫做loopback（虚拟网卡），一块叫做ethernet（有线网卡），一块叫做wlan（你的无线网卡）。
（4）InetAddress的使用
| 序号 | 方法描述 | |
|---|---|---|
| 1 | static InetAddress getByAddress(byte[] addr) | 在给定原始 IP 地址的情况下，返回 InetAddress 对象。 |
| 2 | static InetAddress getByAddress(String host, byte[] addr) | 根据提供的主机名和 IP 地址创建 InetAddress。 |
| 3 | static InetAddress getByName(String host) | 在给定主机名的情况下确定主机的 IP 地址。 |
| 4 | String getHostAddress() | 返回 IP 地址字符串（以文本表现形式）。 |
| 5 | String getHostName() | 获取此 IP 地址的主机名。 |
| 6 | static InetAddress getLocalHost() | 返回本地主机。 |
| 7 | String toString() | 将此 IP 地址转换为 String。 |
我们可以写个代码找到百度的IP：
InetAddress inetAddress = InetAddress.getByName("www.baidu.com");
System.out.println(inetAddress.getHostAddress());
2、URL
（1）简介
URL（Uniform Resource Locator）中文名为统一资源定位符，咱们的网页地址也是一种URL。表示为互联网上的资源，如网页或者 FTP 地址。我们可以使用URL很方便的定位到一个资源，URL 可以分为如下几个部分。
protocol://host:port/path?query#fragment
protocol(协议)可以是 HTTP、HTTPS、FTP 和 File，port 为端口号，path为文件路径及文件名。
这个一个QQ的下载URL：
https://down.qq.com/qqweb/PCQQ/PCQQ_EXE/PCQQ2021.exe
URL 解析：
- 协议为(protocol)：https
- 主机为(host:port)：down.qq.com
- 端口号为(port) 443 ，以上URL实例并未指定端口，因为 HTTP 协议默认的端口号为443。
- 文件路径为(path)：/qqweb/PCQQ/PCQQ_EXE/PCQQ2021.exe
当然本地文件也可以使用URL来表示：
file:///D:/a.txt
（2）URL 类方法
在java.net包中定义了URL类，该类用来处理有关URL的内容。对于URL类的创建和使用，下面分别进行介绍。
java.net.URL提供了丰富的URL构建方式，并可以通过java.net.URL来获取资源。
| 序号 | 方法描述 | |
|---|---|---|
| 1 | public URL(String protocol, String host, int port, String file) throws MalformedURLException | 通过给定的参数(协议、主机名、端口号、文件名)创建URL。 |
| 2 | public URL(String protocol, String host, String file) throws MalformedURLException | 使用指定的协议、主机名、文件名创建URL，端口使用协议的默认端口。 |
| 3 | public URL(String url) throws MalformedURLException | 通过给定的URL字符串创建URL |
| 4 | public URL(URL context, String url) throws MalformedURLException | 使用基地址和相对URL创建 |
URL类中包含了很多方法用于访问URL的各个部分，具体方法及描述如下：
| 序号 | 方法 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | public String getPath() | 返回URL路径部分。 |
| 4 | public int getPort() | 返回URL端口部分 |
| 5 | public int getDefaultPort() | 返回协议的默认端口号。 |
| 6 | public String getProtocol() | 返回URL的协议 |
| 7 | public String getHost() | 返回URL的主机 |
| 8 | public String getFile() | 返回URL文件名部分 |
| 10 | public URLConnection openConnection() throws IOException | 打开一个URL连接，并运行客户端访问资源。 |
通过URL访问我们想访问文件：
public static void main(String[] args) throws IOException {
URL url = new URL("file:///d:/a.txt");
URLConnection urlConnection = url.openConnection();
InputStream inputStream = url.openConnection().getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024];
int len;
while((len = inputStream.read(buf)) != -1){
System.out.println(new String(buf, 0, len));
}
}
通过URL下载QQ：
public static void main(String[] args) throws IOException {
// URL source = new URL("https://down.qq.com/qqweb/PCQQ/PCQQ_EXE/PCQQ2021.exe");
// System.out.println(source.getProtocol());// 获取URL的协议
// System.out.println(source.getHost());// 获取URL的主机
// System.out.println(source.getPath());// 返回URL路径部分。
/**
* 通过URL下载QQ到D盘
*/
URL url = new URL("https://down.qq.com/qqweb/PCQQ/PCQQ_EXE/PCQQ2021.exe");
// 建立连接
URLConnection urlConnection = url.openConnection();
// 获取到资源
InputStream inputStream = urlConnection.getInputStream();
// 下载到D盘(边读边写 下载到d盘)
OutputStream outputStream = new FileOutputStream("d:/QQ.exe");
byte[] bytes = new byte[1024];
int len;
while((len = inputStream.read(bytes)) != -1){
outputStream.write(bytes, 0, len);
}
}
3、ServerSocket 类的方法
服务器应用程序通过使用 java.net.ServerSocket 类以获取一个端口,并且侦听客户端请求。
ServerSocket 类有四个构造方法：
backlog是一个队列长度，我们可以简单的把他理解为最多允许多少个人排队握手。
| 序号 | 方法描述 | |
|---|---|---|
| 1 | public ServerSocket(int port) | 创建绑定到特定端口的服务器套接字 |
| 2 | public ServerSocket(int port, int backlog) | 利用指定的 backlog 创建服务器套接字并将其绑定到指定的本地端口号 |
| 3 | public ServerSocket(int port, int backlog, InetAddress address) | 使用指定的端口、侦听 backlog 和要绑定到的本地 IP 地址创建服务器 |
| 4 | public ServerSocket() throws IOException | 创建非绑定服务器套接字 |
创建非绑定服务器套接字。 如果 ServerSocket 构造方法没有抛出异常，就意味着你的应用程序已经成功绑定到指定的端口，并且侦听客户端请求。
这里有一些 ServerSocket 类的常用方法：
| 序号 | 方法描述 |
|---|---|
| 1 | public int getLocalPort() 返回此套接字在其上侦听的端口。 |
| 2 | public Socket accept() 侦听并接受到此套接字的连接。 |
| 4 | public void bind(SocketAddress host, int backlog) 将 ServerSocket 绑定到特定地址（IP 地址和端口号）。 |
SocketAddress 指一个Socket的地址，它和InetAddress 不同，Socket网络地址除了需要主机名或IP之外，还需要一个用于通信的端口：
所以我们看到它的一个子类：InetSocketAddress的构造方法如下：
public InetSocketAddress(int port) {
this(InetAddress.anyLocalAddress(), port);
}
public synchronized InetAddress anyLocalAddress() {
if (anyLocalAddress == null) {
anyLocalAddress = new Inet4Address(); // {0x00,0x00,0x00,0x00}
anyLocalAddress.holder().hostName = "0.0.0.0";
}
return anyLocalAddress;
}
-----------------------------------------------------------
public InetSocketAddress(InetAddress addr, int port) {
holder = new InetSocketAddressHolder(
null,
addr == null ? InetAddress.anyLocalAddress() : addr,
checkPort(port));
}
4、Socket 类的方法
java.net.Socket 类代表客户端和服务器都用来互相沟通的套接字。客户端要获取一个 Socket 对象通过实例化 ，而 服务器获得一个 Socket 对象则通过 accept() 方法的返回值。
Socket 类有五个构造方法.
| 序号 | 方法描述 |
|---|---|
| 1 | public Socket(String host, int port) throws UnknownHostException, IOException. 创建一个流套接字并将其连接到指定主机上的指定端口号。 |
| 2 | public Socket(InetAddress host, int port) throws IOException 创建一个流套接字并将其连接到指定 IP 地址的指定端口号。 |
| 3 | public Socket(String host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程主机上的指定远程端口。 |
| 4 | public Socket(InetAddress host, int port, InetAddress localAddress, int localPort) throws IOException. 创建一个套接字并将其连接到指定远程地址上的指定远程端口。 |
| 5 | public Socket() 通过系统默认类型的 SocketImpl 创建未连接套接字 |
当 Socket 构造方法返回，并没有简单的实例化了一个 Socket 对象，它实际上会尝试连接到指定的服务器和端口。
下面列出了一些感兴趣的方法，注意客户端和服务器端都有一个 Socket 对象，所以无论客户端还是服务端都能够调用这些方法。
| 序号 | 方法描述 |
|---|---|
| 1 | public void connect(SocketAddress host, int timeout) throws IOException 将此套接字连接到服务器，并指定一个超时值。 |
| 2 | public InetAddress getInetAddress() 返回套接字连接的地址。 |
| 3 | public int getPort() 返回此套接字连接到的远程端口。 |
| 4 | public int getLocalPort() 返回此套接字绑定到的本地端口。 |
| 5 | public SocketAddress getRemoteSocketAddress() 返回此套接字连接的端点的地址，如果未连接则返回 null。 |
| 6 | public InputStream getInputStream() throws IOException 返回此套接字的输入流。 |
| 7 | public OutputStream getOutputStream() throws IOException 返回此套接字的输出流。 |
| 8 | public void close() throws IOException 关闭此套接字。 |
5、socket实现TCP
客户端给服务端发送消息：
/**
* 服务端
*/
@Test
public void testServer()throws IOException {
// 创建服务端ServerSocket
ServerSocket server = new ServerSocket();
// 绑定在某一个端口上
server.bind(new InetSocketAddress(8888));// 只有端口，默认绑定本机的IP -- localhost
// 监听端口（堵塞，等待他人连接）
Socket socket = server.accept();
// 获取收到的资源
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
byte[] buf = new byte[1024 * 1024];
int len;
while((len = inputStream.read(buf)) != -1){
System.out.println(new String(buf, 0, len));
}
inputStream.close();
socket.close();
}
/**
* 客户端
*/
@Test
public void testClient() throws IOException{
// 创建Socket
Socket socket = new Socket();
// 使用socket进行连接（套接字：IP + 端口号），三次握手底层已帮我们实现
socket.connect(new InetSocketAddress(InetAddress.getLoopbackAddress(), 8888));
// 发送消息
InputStream inputStream = socket.getInputStream();
OutputStream outputStream = socket.getOutputStream();
outputStream.write("hello server!".getBytes());
outputStream.close();
inputStream.close();
socket.close();
}
6、socket实现udp
对于UDP而言，它是没有连接过程的，直接面向的是数据报，所以，在UDP中只有两个核心的类。
DatagramSocket：用来建立socket
DatagramPacket：用来封装一个数据报文
/**
* 服务端
*/
@Test
public void testServer()throws IOException {
DatagramSocket socket = new DatagramSocket(9090);
byte[] buf = new byte[1024];
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(buf, 0, buf.length);
// 接收
socket.receive(packet);
byte[] data = packet.getData();
int length = packet.getLength();
String str = new String(data, 0, length);
System.out.println(str);
socket.close();
}
/**
* 客户端
*/
@Test
public void testClient() throws IOException{
DatagramSocket socket = new DatagramSocket();
String str = "我是udp的发送方式";
byte[] data = str.getBytes();
InetAddress inet = InetAddress.getLocalHost();
// 打包成数据包发送
DatagramPacket packet = new DatagramPacket(data, 0, data.length,inet, 9090);// 放送给主机
// 直接发送
socket.send(packet);
socket.close();
}
参考学习：【白送课件】有深度的javase课程（下），java入门进阶必须_哔哩哔哩_bilibili